1、第5章 高新加工技術,5.1 高速切削加工技術 5.2 超精密加工技術 5.3 微細加工技術 5.4 快速成形制造技術(RPM) 5.5 敏捷制造 5.6 虛擬制造,5.1 高速切削加工技術,本章要點 高速切削加工的概念、特點、關鍵技術、機床類型及高速切削刀具； 超精密加工的概念及相關知識; 微細加工的概念、特征及工藝方法; 快速成形制造技術的相關知識; 敏捷制造的概念與特點; 虛擬制造、虛擬公司和虛擬產(chǎn)品的概念。,下一頁,返回,5.1 高速切削加工技術,高速切削加工是提高生產(chǎn)率的途徑之一。為了提高數(shù)控加工的效率，許多航空零部件已采用高速切削加工來制造，如薄層腹板件、模具、鈦合金零件等。目前，

2、采用高速切削生產(chǎn)模具已經(jīng)成為模具制造的大趨勢，在國外一些模具生產(chǎn)廠家，高速機床已大面積取代電火花機床，大大提高了模具生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。 5.1.1 高速切削概述 高速切削(High Speed Crutting)和高速加工(High Speed Machining)分別簡稱HSC和HSM。1931年4月德國物理學家Carl. J. Salomon提出了高速切削理論:在常規(guī)切削速度范圍內(nèi)，切削溫度隨著切削速度的提高而升高，但切削速度提高到一定值后，切削溫度不但不升高反而會降低，且該切削速度值與工件材料有關，如圖5-1所示。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,高速切削技術是在高性能C

3、NC系統(tǒng)、機床結構及材料、機床設計、制造技術、高速主軸系統(tǒng)、快速進給系統(tǒng)、高性能刀夾系統(tǒng)、高性能刀具材料及刀具設計制造技術、高效高精度測量測試技術、高速切削機理、高速切削工藝等諸多相關硬件和軟件技術均得到充分發(fā)展的基礎上綜合而成的，因此，高速切削技術是一個復雜的系統(tǒng)工程和一項先進制造技術。 對于機械零件而言，高速加工即是以較快的生產(chǎn)節(jié)拍進行加工。零件的一個生產(chǎn)節(jié)拍為:零件送進-定位夾緊-刀具快進-刀具工進(在線檢測)-刀具快退-工具松開、卸下-質(zhì)量檢測等七個基本生產(chǎn)環(huán)節(jié)。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,刀具快進、工進及快退三個環(huán)節(jié)，是高速加工系統(tǒng)中一個主要的子系統(tǒng)。對于整條生

4、產(chǎn)自動線而言，高速加工的技術的表征是較簡捷的工藝流程，較短、較快的生產(chǎn)節(jié)拍。對于某一產(chǎn)品而言，高速加工技術也意味著企業(yè)要以較短的生產(chǎn)周期，完成研發(fā)產(chǎn)品的各類信息采集與處理、設計開發(fā)、加工制造、市場營銷及反饋信息。這與敏捷制造工程技術理念有相同之處。 模具加工是高速切削技術的主要受益者。圖5-2圖5-5所示是一些模具加工用高速機床，圖5-2所示為高速數(shù)控銑床，圖5-3所示為高速高精度的雕銑機床，圖5-4所示為落地龍門高速數(shù)控鎖銑床，圖5-5所示為直線驅(qū)動立式加工中心。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,5.1.2 高速切削概念與特征 自從Salomon提出高速切削的概念以來，高速切

5、削技術經(jīng)歷了高速切削理論的探索、應用探索、初步應用和較成熟應用四個階段的發(fā)展，現(xiàn)已在生產(chǎn)中得到了一定的推廣應用。那么，到底何謂高速切削呢?到目前其仍是一個相對的概念，主要是指采用超硬材料的刀具與磨具，實現(xiàn)主軸的高轉速和高的進給速度以及高的進給加速度的自動化制造設備，極大地提高了材料的切除率，并保證加工精度和加工質(zhì)量的現(xiàn)代制造加工技術。主軸的高轉速和高的進給速度的關系用下面的公式來表達: 主軸轉速: n=Vc/(d) 進給速度: Vt=nZfZ,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,式中 fZ每一切削刃在一轉中所切削的厚度(mm ) ; Z銑刀的刃數(shù); Vc刀具的線速度(mm/min

6、) ; d刀具的直徑。 將n代入上式，得出進給速度:Vt=(fZ Z Vc)/(d)。即在選定了刀具和切削用量的情況下，進給速度與主軸的轉速成正比。因此，高速加工機床不僅要有高的主軸轉速，也應具備與主軸轉速相匹配的高的進給速度。此外，為了保證加工輪廓的高精度，機床還必須具備高的進給加速度。如果一臺高速機床沒有足夠高的進給加速度，那么是無法高速地進行高精度復雜曲面輪廓的加工的，因為它無法滿足加工復雜曲面時根據(jù)不同的曲率半徑在最短的時間內(nèi)不斷地調(diào)整進給速度的要求。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,隨著高速切削、高速機床和刀具等關鍵技術領域的突破性進展，高速與高速切削技術的工藝和速度

7、范圍也在不斷擴展。高速切削已是實現(xiàn)高效率制造的核心技術，工序的集約化和設備的通用化也使之具有很高的生產(chǎn)效率。因此，高速切削較傳統(tǒng)切削具有如下優(yōu)越特征: 切除率高、生產(chǎn)效率高。在高速切削時刀具的高轉速和機床的高進給以及高加速度，大大地提高了金屬的切除率與生產(chǎn)效率，適用于材料切除率要求大的場合，如模具、汽車和航空航天等制造領域。 切削力小。由于加工速度高，使剪切變形區(qū)變窄，剪切角增大，變形系數(shù)減小，切屑流出速度加快，從而可使切削變形減小，切削力比常規(guī)切削降低，刀具壽命提高，特別適合于加工薄壁類剛性較差的工件。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,熱變形小。高速切削熱大部分由切屑帶走，工

8、件發(fā)熱少，特別適合于加工易熱變形的細長零件和薄壁零件。 精度高、表面質(zhì)量高。由于高轉速和機床的高進給率，使加工過程平穩(wěn)、振動小，可實現(xiàn)高精度和高表面質(zhì)量的要求，非常適合于光學器件的加工。 工序減少。常規(guī)加工時需分粗加工、半精加工、精加工工序，而高速切削可集中在一道工序中完成。此即高速加工用于模具加工的“一次過”技術(One pass maching)。 加工成本降低。采用高速切削時，由于零件的單件加工時間縮短與同一臺機床上的“一次過”技術，使加工成本較普通加工大幅度降低。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,但隨之也出現(xiàn)了值得注意的事項: 機床的耐用度降低; 工具壽命縮短; 排屑性

9、能下降。 這些因素對高速切削加工的影響采取相應的措施來減小。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,5.1.3 高速切削的關鍵技術 高速切削加工技術作為模具制造中最為重要的一項集高效、優(yōu)質(zhì)、低耗于一身的先進制造技術，是控制技術、精密制造技術、新材料技術和計算機技術等綜合應用的結果。德國工業(yè)大學生產(chǎn)工程和機床研究所的舒爾茲教授對高速切削技術提出了相關的技術因素，如圖5-6所示。 高速切削主要包括以下關鍵技術。 1.高速切削機理 高速切削機理的研究是高速切削的理論基礎，對高速加工中切屑形成機理、切削力、切削熱、刀具磨損、表面質(zhì)量等技術的研究，也為開發(fā)高速機床、高速加工刀具提供了理論指導。

10、,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,高速切削機理的研究集中在高速加工過程中金屬材料剝離理論的研究上，主要有以下幾個方面: 高速加工基本規(guī)律的研究; 高速切削過程和切屑成形機理的研究; 高速切削中切削力、切削熱變化規(guī)律的研究; 刀具磨損規(guī)律的研究; 各種材料的高速切削機理研究; 高速切削機床技術。 高速切削機床技術主要包括高速單元技術(或稱功能部件)和機床整體技術。高速單元技術包括高速主軸系統(tǒng)、高速進給系統(tǒng)、高速CNC系統(tǒng)等;機床整機技術包括機床床身、冷卻系統(tǒng)、安全設施、加工環(huán)境等。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,(1)高速主軸系統(tǒng) 高速主軸是高速加工機床最關鍵的

11、部件，包括動力源、主軸、軸承和機架四個主要部分。主要有電主軸和氣動主軸兩種類型，應用中一般采用電主軸的結構形式，如圖5-7所示。電主軸的關鍵技術包括高速主軸軸承、無外殼主軸電動機及其控制模塊、潤滑冷卻系統(tǒng)、主軸刀柄接口和刀具夾緊方式以及刀具(或工件)動平衡等。 (2)高速進給系統(tǒng)。高速切削不僅要求高轉速、很高的進給速度，而且由于在瞬時達到高速、瞬時準停等，還要求具有大的加減速度以及高的定位精度。目前已有更先進、更高速的直線電動機(圖5-8)代替滾珠絲杠副傳動。高速進給系統(tǒng)所涵蓋的技術包括伺服驅(qū)動技術、滾動元件技術、監(jiān)測技術以及防塵、防屑、降噪聲、冷卻潤滑等。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速

12、切削加工技術,(3)高速CNC系統(tǒng) 高速CNC系統(tǒng)具有很高的運算速度和精度以及快速響應的伺服控制，以滿足高速度及高精度的加工要求。高速控制系統(tǒng)的關鍵部件有高速主軸矢量控制系統(tǒng)、實時控制伺服系統(tǒng)、預先前饋控制系統(tǒng)、精簡指令集系統(tǒng)、刀具和工件的故障檢測及安全控制系統(tǒng)等。 (4)先進的機床結構 為了適應粗精加工、輕重切削負荷和快速移動的要求，同時為了保證高精度，高速切削機床床身具有足夠的剛度、強度和高的阻尼特性、高的熱穩(wěn)定性和可靠性，為此應采取的措施有:改革床身結構;使用高阻尼特性材料。20世紀90年代，在高速切削領域出現(xiàn)了一種全新結構形式的機床并聯(lián)機床，又稱六桿機床，其外觀與運動形式如圖5-9所示

13、。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,2.高速切削刀具技術 由于高速切削時的離心力和振動的影響，刀具必須具有良好的平衡狀態(tài)和安全性能，刀具的設計必須根據(jù)高速切削的要求，綜合考慮磨損、強度、剛度和精度等方面的因素。對不同工件材料選用與其合理匹配的刀具材料、刀具參數(shù)和刀體結構，才能獲得最佳的切削效果。高速加工刀具所涉及的關鍵技術有高速加工用刀具材料及制備技術、高速加工用刀具結構及刀具幾何參數(shù)的研究。 3.高速切削工藝技術 高速切削工藝技術包括切削方法和切削參數(shù)的選擇優(yōu)化，對各種不同材料的切削方法、刀具材料和刀具幾何參數(shù)的選擇等。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,4.高

14、速加工的測試技術 高速加工的測試技術包括傳感器技術、信號分析和處理等技術，主要指在高速加工過程中通過傳感、分析、信號處理，對高速機床及系統(tǒng)的狀態(tài)進行實時在線的檢測和控制。實時地對加工情況、刀具的磨損狀態(tài)等進行在線監(jiān)控，才能保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高加工效率，延長刀具使用壽命，確保人員和設備的安全。目前，高速監(jiān)測技術所涉及的關鍵技術主要有基于監(jiān)控參數(shù)的在線監(jiān)測技術、多傳感信息融合檢測技術、機床功能部件的檢測技術、高速加工中工件狀態(tài)的測試技術和自適應控制及智能控制技術等。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,5.1.4 高速切削的發(fā)展趨勢與應用 1.高速切削的發(fā)展趨勢 提高生產(chǎn)率是高速切削發(fā)展

15、的目的。在機械制造領域里，零件(產(chǎn)品)、工具(刀具)與機床三者連體，在研討高速加工技術時，要三位一體地進行系統(tǒng)分析和考察。在當今信息時代，研討高速加工技術發(fā)展，必然要涉及信息技術、自動化技術、經(jīng)營管理技術及系統(tǒng)工程技術。 信息技術內(nèi)涵:以計算機技術為基礎的各類信息采集與處理技術、網(wǎng)絡通信技術及各類數(shù)據(jù)庫的組建與運行技術等。 自動化技術內(nèi)涵:控制過程的數(shù)字化、智能化及信息化。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,經(jīng)營管理技術:以網(wǎng)絡通信技術為基礎的企業(yè)運行機制與管理模式、產(chǎn)品市場營銷理念與技術、對各類信息采集、處理、決策和生產(chǎn)全過程的控制(綠色制造)，以及本企業(yè)內(nèi)外各類有效資源的集成

16、與優(yōu)化處理等。 系統(tǒng)工程技術內(nèi)涵:企業(yè)與社會之間，產(chǎn)品制造與市場營銷、環(huán)保、生態(tài)平衡之間，各科技領域之間，各類產(chǎn)品之間的配套思維與操作運行等都可具體化為某一系統(tǒng)技術工程。 通過上面對高速切削技術的發(fā)展與發(fā)展目的的研討，高速切削加工在制造業(yè)發(fā)展中被需要的原因也就非常明顯了。 為了存續(xù)。市場上日益激烈的競爭一直都在不斷設定新的標準。對時間和成本效益的要求變得越來越高。這已經(jīng)迫使人們必須開發(fā)新的生產(chǎn)技術，高速切削為此提供了希望和解決途徑。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,新材料的出現(xiàn)。新材料和難加工材料的發(fā)展更加突出了開辟新加工方法的必要性。航空工業(yè)采用自己的專用耐熱和不銹鋼合金;汽

17、車工業(yè)采用的雙金屬復合材料、密實石墨鐵以及用量越來越大的鋁材;模具行業(yè)主要面臨的問題是加工高度淬火的工具鋼，從粗加工直到精加工。 質(zhì)量的提高。對零部件或產(chǎn)品質(zhì)量提出較高要求是激烈競爭的結果。如果將高速切削加工技術適當應用，則可以在這方面提供解決方案。可以替代手動精加工就是一個實例。特別是對于具有復雜三維幾何形狀的模具或零部件，這一點尤其如此。 工藝的優(yōu)化。通過高速切削加工，可以在很大程度上滿足這樣的需求，即通過減少裝夾次數(shù)和簡化流程而縮短加工時間。在模具行業(yè)中一個重要的目標就是通過一次裝夾而對完全硬化的小尺寸模具完全加工好。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,通過高速切削加工可減

18、少甚至免除成本高而費時的電火花加工(EDM)過程。 結構快速發(fā)展與開發(fā)。在當今的競爭中，其中一個主要特點就是利用新穎方面的價值而出售產(chǎn)品。汽車的平均產(chǎn)品使用壽命周期為4年，計算機及其附件為1. 5年，手機為3個月這些結構方面的快速發(fā)展以及產(chǎn)品方面的迅速發(fā)展其前提之一就是高速切削加工技術。 復雜產(chǎn)品的出現(xiàn)。在零部件方面，多功能表面越來越多。諸如一個新的渦輪葉片結構就既具有新穎的，也具有優(yōu)化的功能和特征。在早期的設計中，可以用手或機器人(機械手)進行拋光處理。而采用新型、較復雜結構的渦輪葉片就必須通過機加工進行拋光，并最好是采用高速切削加工方式。還有越來越多需要進行機加工的薄壁零件，如醫(yī)療設備、電

19、子元件、國防產(chǎn)品和計算機零件等。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,生產(chǎn)設備的發(fā)展。切削材料、夾具、機床、控制器等的強勁發(fā)展，特別是CAD/CAM以及設備等方面的發(fā)展，使得用新生產(chǎn)方法和新技術滿足相應要求成為可能。 高速切削加工技術的發(fā)展趨勢可從以下幾個方面分析: 零件毛坯制造技術?？焖俪尚渭夹g的實用化，將進一步提升目前的精鑄、精鍛及其他成形制造技術，使其幾何尺寸精度能滿足無切屑加工的要求，其材料的選擇將適應綠色制造工程的技術要求，零件材料的可加工性能也將適應高速切削的技術要求。 刀具技術。制造業(yè)中將普遍應用高速(超高速)干式切削技術。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工

20、技術,機床技術。隨著數(shù)控系統(tǒng)、關鍵功能部件、網(wǎng)絡通信技術的進步與完善，企業(yè)將促使多軸聯(lián)動、多面高速加工中心以及車、銑功能為一體的復合加工中心技術達到實用化;相應地各類專用高效率數(shù)控加工機床將更加廣泛地應用于激光技術與機械成形加工和切割加工領域中;機床數(shù)控系統(tǒng)的功能將實現(xiàn)網(wǎng)絡化通信與生產(chǎn)，并進一步提升數(shù)控機床的利用率 自動生產(chǎn)線。由各類高速加工中心組成，大力發(fā)展柔性、敏捷制造工程技術 測量技術。隨著高速加工系統(tǒng)工程技術的廣泛應用，數(shù)字化CCD,激光圖形處理測量技術和隨機在線高速測量技術將廣泛應用于柔性數(shù)控生產(chǎn)線及數(shù)控專用高效率加工機床上。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,網(wǎng)絡技術

21、。在不斷進步的計算機技術支持下，大力發(fā)展寬帶網(wǎng)及網(wǎng)絡安全技術，構建網(wǎng)絡數(shù)控用于車間生產(chǎn) 2.高速切削的應用 高速切削加工的優(yōu)點主要在于:提高生產(chǎn)效率、提高加工精度及降低切削阻力。它適合的加工材料有鋁合金、鈦合金、銅合金、不銹鋼、淬硬鋼、石墨、石英玻璃等，廣泛應用于模具、航空航天、汽車、電子、船舶、兵器和其他精密機械制造業(yè)等領域。高速加工技術對模具加工工藝也產(chǎn)生了巨大影響，改變了傳統(tǒng)模具加工采用的“退火、銑削加工、熱處理、磨削”或“電火花加工、手工打磨、拋光”等復雜冗長的工藝流程，甚至可用高速切削加工替代原來的全部工序。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,高速切削加工技術除可應用于

22、淬硬模具型腔的直接加工(尤其是半精加工和精加工)外，在EDM電極加工、快速樣件制造等方面也得到了廣泛應用。大量的生產(chǎn)實踐表明，應用高速切削技術可節(jié)省模具后續(xù)加工中約80%的手工研磨時間，節(jié)約加工成本近30%，模具表面加工精度可達1 um，刀具切削效率可提高一倍。如圖5-10所示為高速加工模具的圖樣，如圖5-11所示為代替EDM加工高表面質(zhì)量模具的圖樣。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,5.1.5 高速切削機床 高速切削技術的日益成熟和應用，使金屬切削速度實現(xiàn)了一次大的飛躍，機床技術也出現(xiàn)了一個質(zhì)的變化。如果說數(shù)控機床的產(chǎn)生是現(xiàn)代機床發(fā)展史上的一次革命，那么高速機床的應用則是現(xiàn)代

23、機床工業(yè)的第二次革命。高速切削技術和以實現(xiàn)自動化生產(chǎn)為主要目標的數(shù)控技術相結合，使機床技術發(fā)展到了一個新的高度，對制造技術水平的提高起到了重要作用。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,高速切削要獲得良好的應用效果，必須將高性能的高速切削機床與工件材料相適應的刀具和對于具體加工對象最佳的加工工藝技術相結合。高速切削機床是高速切削應用的基本條件。高速切削機床主軸和床身要有良好的剛性，優(yōu)良的吸振特性和隔熱性能。具有快速數(shù)據(jù)處理能力的CNC系統(tǒng)是高速機床的必要保證。根據(jù)高速切削機床傳動上和結構上的主要特點，應用“零傳動”的設計理論，簡化機床的傳動與結構，提高機床的動態(tài)靈敏度、加工精度和工

24、作可靠性。直線電動機高速進給單元則是高速機床進給運動系統(tǒng)實現(xiàn)“零傳動”的典型代表。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,如圖5-12所示顯示了高速機床CNC系統(tǒng)的有關技術。前視技術、大容量內(nèi)存和ETHERNET通信等技術是高數(shù)據(jù)處理速度的基礎，NURBS曲線插補為復雜曲面提供了短程序段和光滑插補解決方案，數(shù)字驅(qū)動克服了模擬控制微量的時間滯后問題，高分辨率反饋技術是高精度加工的保障。此外，機床的安全防護、刀庫數(shù)量、換刀速度、冷卻潤滑、排屑能力等，也是設計或選購高速機床必須考慮的重要問題。 目前，模具加工對高速切削機床提出了如下要求: 高速響應的機床控制系統(tǒng); 適合于高速運動的機床結構

25、; 高速下穩(wěn)定的動態(tài)性能; 配套的動平衡。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,5.1.6 高速數(shù)控車床 高速數(shù)控車床(圖5-13)較一般車床的加工效率高許多，因此需要相當大的功率覆蓋粗加工范圍。這就要求必須采用新觀念設計機床，以滿足高速加工時機床的剛性要求，特別重要的是采用直接驅(qū)動和較松的支撐頂尖，以消除巨大的軸向力。 高速數(shù)控車床的一個重要問題是卡盤-工件系統(tǒng)在高速旋轉中夾緊出現(xiàn)問題的安全保護。高速車削中的一個技術難點是工件的夾緊方法。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,5.1.7 高速鉆床 高速鉆床(圖5-14)提高生產(chǎn)率的方法是提高線速度和進給速度以及解決排屑

26、問題，特別是在鉆盲孔時。高速鉆床一般用于粗加工。在實際應用中，臥式主軸或立式主軸的數(shù)控銑床、加工中心和龍門式機床可當作高速鉆床使用。但搖臂式和升降臺式數(shù)控機床用于高速切削時，則顯得剛性較差。 為了提高鉆削加工效率，高速鉆床可以配置自動換刀系統(tǒng)以及很細的過濾器。在模具生產(chǎn)線上，高速鉆、鉸和攻螺紋是常用的工序。這就要求高速鉆削主軸要有足夠高的轉速，切削速度要大于100 m/min;穩(wěn)定性要好，特別是動剛度要高;進給速度要達到10 m/min，加速度要達到1. 5 g?？焖俟ヂ菁y還要求快速反轉、定位和速度控制。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,5.1.8 高速車銑床 高速車銑床(圖5

27、-15)是集車、銑功能于一體的機床，或者說是在車床上加高速銑頭而形成的具有車、銑功能的機床，這使機床具有更大的加工范圍。這種機床可以是車削為主，也可以是銑削為主。機床相關零部件的旋轉進給運動，適合于加工對稱旋轉體的零件，可以滿足一些特殊零件的高精度加工要求，特別是裝在床身上的高速銑頭，不僅可以高速切削，提高加工效率，而且可以進行高速精加工，獲得非常好的加工精度和表面質(zhì)量。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,5.1.9 高速加工中心 1.高速加工中心的發(fā)展與特點 加工中、自的高速化是為了滿足模具開發(fā)的需要。加工中心不僅主軸轉速高，同時也需要進給速度和加速度高，它用于加工高精度和大切

28、削量零部件，因此“三高”高速度、高精度、高剛度就成為對現(xiàn)代高速加工中心的基本要求。下面分析高速加工中心的發(fā)展與特點。 (1)高速主軸系統(tǒng) 高速主軸是高速加工中心最關鍵的部件之一。目前主軸轉速在20 00040 000 r/min的加工中心已越來越普及，一些歐洲的高速加工中心的主軸轉速已經(jīng)達到60 000 r/min，轉速高達100 000 r/min以上的超高速主軸也正在研制開發(fā)中。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,高速加工中心的轉速、功率、動態(tài)平衡、剛性、錐度孔型及熱變形特性等，對高速加工中心的剛性和熱穩(wěn)定性都有相當程度的影響。這樣就要求高速加工中心主軸和電動機合二為一，制成

29、電主軸，實現(xiàn)無中間環(huán)節(jié)的直接傳動，以減少傳動部件，使其具有更高的可靠性。 主軸軸承也是決定主軸壽命和負荷容量的關鍵部件。為了適應高速切削加工，高速加工中心的主軸設計采用了先進的主軸軸承潤滑、散熱技術。目前高速主軸主要采用三種特殊軸承:陶瓷軸承、磁力軸承和空氣軸承。主軸軸承潤滑對主軸轉速的提高起著重要的作用，高速主軸一般采用油空氣潤滑或噴油潤滑。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,同時提高切削進給速度是提升加工效率所必須的。目前高速加工中心的切削進給速度一般為2040 m/min，有的直線電動機驅(qū)動X, Y軸的立式加工中心超高速定位速度達140 m/min，有的高速加工中心進給速度

30、高達208 m/min。要實現(xiàn)并準確控制這樣高的進給速度，對高速加工中心導軌、滾珠絲杠、伺服系統(tǒng)、工作臺結構等都提出了新的要求。直線電動機的成熟應用使高速加工中心在效率、精度和實用性方面翻開了新的一頁。直線電動機為非接觸的直接驅(qū)動方式，移動部件少，無扭曲變形問題，采用這種技術，機床制造達到了傳統(tǒng)滾珠絲桿所無法達到的水平。直線電動機具有高加速度和減速特性，加速度可達2 g,為傳統(tǒng)驅(qū)動裝置的1020倍，進給速度為傳統(tǒng)驅(qū)動裝置的45倍。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,(2)高速CNC系統(tǒng) 高速加工中心要求CNC系統(tǒng)具有快速數(shù)據(jù)處理能力和高的功能化特性，以保證在高速切削時(特別是45

31、軸坐標聯(lián)動加工復雜曲面時)仍具有良好的加工性能。高速加工中心須選擇傳輸速度快，CPU運算速度快，預讀單節(jié)及NURBS功能等適當?shù)腃NC控制器，才能發(fā)揮高速切削加工的效能。OPEN架構及PC -Based也是發(fā)展的一個新潮流。結合PC在通信及網(wǎng)絡上的發(fā)展，建立參數(shù)資料庫系統(tǒng)、CAD/CAM整合模擬系統(tǒng)及標準化電控模組，也是未來發(fā)展的新趨勢。CNC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力有兩個重要指標:一是單個程序段處理時間，為了適應高速，要求單個程序段處理時間要短，為此需使用32位CPU和64位CPU，并采用多處理器;,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,二是插補精度，為了確保高速下的插補精度，要有前饋和

32、大數(shù)日超前程序段處理功能，此外，還可采用NURBS(非線性B樣條)插補、回沖加速、平滑插補、鐘形加減速等輪廓控制技術。高速切削加工中CNC系統(tǒng)的功能特征包括:加減預插補;前饋控制;精確矢量補償;最佳拐角減速度。 (3)高速切削刀具 已發(fā)展的刀具材料主要有聚晶金剛石(PCD),聚晶立方氮化硼(PCBN)、硬質(zhì)合金涂層刀具、陶瓷刀具等，都能適應鋁合金、鑄鐵、鋼和耐熱合金的高速切削，其切削水平如下:鋁合金25005 000 m/min(w(Si) 12%時為5001 500 m/min)，鑄鐵5001 500 m/min，鋼3001 000 m/min，淬硬鋼、耐熱合金100400 m/min，鐵合

33、金90200 m/min。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,有關研究機構正在開發(fā)新的刀具材料，向更高的切削速度發(fā)展。 要對刀具結構進行動平衡，特別是對刀柄外伸較長的刀具必須進行動平衡，以防止因高速而引起離心力，使抗彎強度和斷裂韌性都較低的刀柄或刀片發(fā)生斷裂，給高速加工中心和操作者帶來危險。 刀柄系統(tǒng)的選擇也會影響自動換刀的重復精度和刀具切削剛性。目前刀柄系統(tǒng)一般選擇7: 24錐度的單面夾緊刀柄系統(tǒng)，ISO , CAT , DIN , BT等都屬此類，兩面定位刀具系統(tǒng)有HSK、KM、NC5、BIG-PLUS、WSU、ABSC等。 (4)高速加工中心溫控系統(tǒng),下一頁,返回,上一頁,

34、5.1 高速切削加工技術,高速加工中心的熱特性是指高速加工中心結構在其內(nèi)部熱源和外部熱源的作用下，產(chǎn)生結構變形和對加工精度產(chǎn)生影響，為了改善高速加工中心的熱特性，一般采用溫控循環(huán)水(或其他介質(zhì))來冷卻主軸電動機、主軸軸承、直線電動機、液壓油箱、電氣柜，有的甚至冷卻主軸箱、橫梁、床身等大構件。此外，還可采用低膨脹系數(shù)的鑄鐵來作高速加工中心的主軸箱體，以減少主軸的熱伸長和主軸部件的熱變形。 (5)其他 為了使高速加工中心正常運行和發(fā)揮效能，高速加工中心總體結構上還要設置刀庫及換刀裝置、冷卻系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、安全防護與實時監(jiān)控系統(tǒng)、刀具破損監(jiān)控、刀具長度及直徑的激光檢測裝置、光柵尺測量系統(tǒng)和排屑裝置等

35、。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,2.高速加工中心的技術特征 加工中心的切削速度主要取決于機床主軸的轉速和刀具的直徑。提供高旋轉速度的主軸部件，高移動速度的進給系統(tǒng)以及相關的元部件和技術就構成了高速加工中心的基本技術體系。高速加工中心的技術特征可以從兩方面描述:一是高速切削的技術指標;二是實現(xiàn)高速切削的機床結構特征。 從高速切削的技術指標來看，高速加工中心必須具備高主軸轉速和高進給速度以及變加速度等特征。 從機床的結構方面來看，高速加工中心必須具有提供高旋轉速度的主軸單元部件(目前高主軸轉速主要由電主軸實現(xiàn))、提供高移動速度進給的伺服和控制系統(tǒng)以及適合于高速運動的機床主體結構

36、等。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,3.高速加工中心類型 (1)立式高速加工中心 它的特點是刀具主軸垂直設置，其傳統(tǒng)的布局方式是工作臺作水平X,Y方向運動，主軸箱在立柱上作豎直Z方向運動，刀庫可以裝置在立柱的一側。立式加工中心高速化后，一方面由電主軸代替原來的主軸系統(tǒng)，另一方面改變了機床的進給運動分配方案，由工作臺運動變成刀具主軸(立柱)作進給運動，工作臺固定不動，如圖5-16所示主要原因是:一方面工作臺本身質(zhì)量比較大，不易實現(xiàn)高速移動;另一方面工作臺上的被加工工件的質(zhì)量是一個不確定值，不易控制。在這種情況下，為了減輕運動部件的質(zhì)量，刀庫和換刀裝置(ATC)不宜再裝在立柱的側

37、面，而應固定安裝在工作臺的一側，由立柱快速移動至換刀位置進行換刀。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,(2)臥式高速加工中心 臥式高速加工中心指主軸軸線水平設置的加工中心。它與立式加工中心相比，具有結構復雜、占地面積大、質(zhì)量大、價格較高的特點。臥式高速加工中心在滿足高速運動的同時，機床還要采用高剛度和高抗振動的床身結構，如圖5-17所示。 (3)龍門式高速加工中心 龍門式高速加工中心通常用來加工尺寸比較大的工件，如圖5-18所示。為了實現(xiàn)龍門式加工中心的高速和高加速運動，機床結構和運動分配也要進行一些改變，如改工作臺進給為橫梁運動。由于龍門式結構比立柱式結構更容易實現(xiàn)高速運動且結

38、構簡單，因而一些小型加工中心也做成龍門式結構。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,(4) 5軸聯(lián)動高速加工中心 多軸加工機床是指除X, Y,Z三個直線運動坐標外，還具有旋轉進給運動的數(shù)控機床5軸聯(lián)動高速加工中心(圖5-19)的工作臺和銑頭可用多軸聯(lián)動來實現(xiàn)連續(xù)回轉高速進給，進行曲面加工，特別適合于加工具有復雜型腔曲面的模具類零件，在模具制造、航空、航天、汽車和造船等生產(chǎn)領域具有非常重要的用途。5軸聯(lián)動高速加工中心一般有兩種典型的結構:一種是兩個旋轉軸安裝在加工中心工作臺上，由工作臺帶動工件回轉進給，完成多軸或多面加工。另一種是兩個旋轉軸的轉動進給都由主軸系統(tǒng)實現(xiàn)，即主軸頭具有B軸

39、和A軸(或C軸)的回轉擺動，實現(xiàn)旋轉坐標的切削進給，工作臺和工件則固定不動。從實現(xiàn)高速移動和高加減速的控制方面考慮，顯然這種結構具有較大的優(yōu)勢，但其開發(fā)難度也就更大。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,4.高速加工中心對床身和工作臺的要求 由于高速切削，因而產(chǎn)生振動的可能性增加，這對加工中心床身和工作臺提出了更高的要求。為了適應高速切削加工的要求，床身和工作臺必須具備: 高的動、靜剛度和抗振性; 好的精度保持性; 更好的抗熱變形能力。 同時為了達到以上要求，可以通過改進基礎件結構、改進材料，采用有限元方法分析機床的剛性，優(yōu)化結構設計等來改進床身和工作臺。,下一頁,返回,上一頁,5

40、.1 高速切削加工技術,5.自動換刀裝置 自動換刀裝置(ATC)作為高速加工中心的重要部件，從一個側面決定了機床的效率為了縮短換刀時間，國內(nèi)外都在研究快速自動換刀技術?？焖僮詣訐Q刀技術是以減少輔助加工時間為主要目的，綜合考慮機床各方面因素，在盡可能短的時間內(nèi)完成刀具交換的裝置和技術方法?？焖僮詣訐Q刀技術包括刀庫的設置、換刀方式、換刀執(zhí)行機構和適應高速機床結構特點等多方面的問題。應用中通常采用雙主軸換刀、多主軸換刀、刀庫布置在主軸周圍的轉塔方式和多機械手方式等方法來提高換刀速度。 目前，衡量換刀速度的方法主要有三種:,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,刀對刀換刀時間(tool-to

41、-tool)。是指換刀裝置把更換的刀具從主軸開始拔下到將下一工步需要的刀具完全插入主軸所需的時間。 切削對切削換刀時間(cut-to-cut)。是指刀具主軸從參考位置移向換刀位置，換完刀后再回到參考位置所需的時間。 切屑對切屑換刀時間(chip-to-chip)。是指刀具主軸從參考位置移向換刀位置，換完刀后再回到參考位置的過程中主軸啟動并達到最高轉速所需的時間。 其中，切屑對切屑換刀時間是衡量加工中心效率高低的最直接指標;而刀對刀換刀時間則是主要反映自動換刀裝置本身性能的好壞，更適合作為機床的性能指標。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,5.1.10 高速磨削 高速切削技術中的另

42、一個重要分支是高速磨削技術和高速磨床(圖5-20)，高速磨削和高速切削的機理有不同之處，高速磨床和其他金屬切削機床在結構上也有很大不同。我國高速磨削起步較晚，1974年第一汽車廠、第一砂輪廠、瓦房店軸承廠、華中工學院、鄭州三磨所等先后進行了5060 m/s的磨削試驗;湖南大學進行了6080 m/s的高速磨削試驗。1975年10月，南陽機床廠試制成功了MS132型80 m/s高速外圓磨床。1976年，上海機床廠、上海砂輪廠、鄭州三磨所、華中工學院、上海交通大學、廣州機床研究所、武漢材料保護研究所等組成高速磨削試驗小組，對80 m/s和100 m/s高速磨削工藝進行了試驗研究。,下一頁,返回,上一

43、頁,5.1 高速切削加工技術,與此同時，上海機床廠設計制造了MBSA1332型80 m/s半自動高速外圓磨床，磨削效率達到了車削和銑削的生產(chǎn)率。1977年，湖南大學在實驗室成功地進行了100 m/s和120 m/s高速磨削試驗。在2000年中國數(shù)控機床展覽會(CCMT 2000)上，湖南大學推出了最高線速度達120 m/s的數(shù)控凸輪軸磨床。1976年，東北大學與阜新第一機床廠合作，研制成功F1101型60 m/s高速半自動活塞專用外圓磨床。到20世紀80年代初，東北大學進行了大量的高速磨削試驗研究。以東北大學為主開發(fā)的YLM-1型雙面立式半自動修磨生產(chǎn)線，磨削速度達到了80 m/s,磨削壓力在

44、2 5005 000 N以上。90年代，東北大學開始了超高速磨削技術的研究，并首先研制成功了我國第一臺圓周速度為200 m/ s ,額定功率為55 kW的超高速試驗磨床，最高速度達250 m/s 。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,高速磨削通常指砂輪速度大于100 m/s的磨削。高速磨削可以對硬脆材料實現(xiàn)延性域磨削加工，對高塑性等難磨材料也有良好的磨削表現(xiàn)。與普通磨削相比，高速磨削顯示出極大的優(yōu)越性: 大幅度提高磨削效率，減少設備使用臺數(shù); 磨削力小，零件加工精度高; 降低加工工件表面粗糙度; 砂輪壽命延長 高速磨削的關鍵技術主要涉及以下幾個方面。,下一頁,返回,上一頁,5.1

45、 高速切削加工技術,1.高速主軸系統(tǒng) 提高砂輪線速度主要是提高砂輪主軸的轉速，因而，為實現(xiàn)高速切削，砂輪驅(qū)動和軸承轉速往往要求很高。主軸的高速化要求足夠的剛度、回轉精度高、熱穩(wěn)定性好、可靠、功耗低、壽命長等。為減少由于切削速度的提高而增加的動態(tài)力，要求砂輪主軸及主軸電動機系統(tǒng)運行極其精確，且振動極小。目前，國外生產(chǎn)的超高速機床，大量地采用了電主軸 主軸軸承可采用陶瓷滾動軸承、磁浮軸承、空氣靜壓軸承或液體動靜壓軸承等。陶瓷滾動軸承具有質(zhì)量輕、熱膨脹系數(shù)小、硬度高、耐高溫、高溫時尺寸穩(wěn)定、耐腐蝕、壽命高、彈性模量高等優(yōu)點。其缺點是制造難度大，成本高，對拉伸應力和缺口應力較敏感。,下一頁,返回,上一

46、頁,5.1 高速切削加工技術,磁浮軸承的最高表面速度可達200 m/s，可能成為未來超高速主軸軸承的一種選擇。目前磁浮軸承存在的主要問題是剛度與負荷容量低，所用磁鐵與回轉體的尺寸相比過大，價格昂貴?？諝忪o壓軸承具有回轉度高，沒有振動，摩擦阻力小，經(jīng)久耐用，可以高速回轉等特點。用于高速、輕載和超精密的場合。液體動靜壓軸承，無負載時動力損失太大，主要用于低速重載主軸。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,2.高速進給系統(tǒng) 高速切削加工不但要求機床有很高的主軸轉速和功率，而且同時要求機床工作臺有很高的進給速度和運動加速度。 直線電動機取消了中間傳動環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了所謂的“零傳動”。進給速度可

47、達60 200 m/min,加速度可達10100 m/s2，定位精度高達0. 50. 05um，甚至更高，且推力大，剛度高，動態(tài)響應快，行程長度不受限制。主要問題是發(fā)熱較嚴重，對其磁場周圍的灰塵和切屑有吸附作用，價格較高。德國西門子公司生產(chǎn)的直線電動機，最大進給速度可達200 m/min。日本研制的高效平面磨床，工作臺進給采用直線電動機，最高速度為60 m/min,最大加速度為10 m/s2。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,3.高速磨削砂輪 高速磨削砂輪必須具備以下基本要求: 高速磨削砂輪應具有好的耐磨性，高的動平衡精度，抗裂性，良好的阻尼特性，高的剛度和良好的導熱性等特點，

48、通常由高機械性能的基體和薄層的磨粒組成; 砂輪基體的機械強度必須能承受高速磨削時的磨削力; 磨粒突出高度要大，以便能容納大量的長切屑; 結合劑具有很高的耐磨性，以減少砂輪的磨損; 高速磨削時要安全可靠。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,高速磨削砂輪的基體設計必須考慮高轉速時離心力的作用，并根據(jù)應用場合進行優(yōu)化。砂輪基體應避免殘余應力，在運行過程中的伸長應最小。通過計算砂輪的切向應力和法向應力，可發(fā)現(xiàn)最大應力發(fā)生在砂輪基體內(nèi)徑的切線方向，這個應力不應超出砂輪基體材料的強度極限。大部分實用超硬磨料砂輪基體為鋁或鋼。 此外，還要充分考慮砂輪與主軸連接的可靠性。主軸高速旋轉時，由于離心

49、力的作用，砂輪與主軸的錐連接處產(chǎn)生不均勻的膨脹，連接剛度下降。 4.高速磨床結構 高速磨床除具有普通磨床的一般功能外，還須具有高動態(tài)精度、高阻尼、高抗振性和熱穩(wěn)定性等結構特征。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,5.磨削液及注入系統(tǒng) 磨削表面質(zhì)量、工件精度和砂輪的磨損在很大程度上受磨削熱的影響，而磨削液起到了不可取代的作用。磨削液分為兩大類:油基磨削液和水基磨削液(包括乳化液)。油基磨削液的潤滑性優(yōu)于水基磨削液，但水基磨削液冷卻效果好。 油基磨削液良好的潤滑作用，可以有效地減小切屑、工件、磨粒切削刃和砂輪結合劑之間的摩擦，從而減少磨削熱的產(chǎn)生和砂輪的磨損，提高工件表面的完整性。但

50、油基磨削液在工作時會產(chǎn)生油霧，嚴重污染環(huán)境，易引起冒煙和起火，因此不安全，且能源浪費嚴重。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,由于水基磨削液冷卻效果好，防火性好，對環(huán)境的污染問題易于解決等，因此含有各種表面活性劑、油性劑、極壓添加劑、緩蝕劑和防腐殺菌劑等性能優(yōu)越的水基磨削液，是近年來重要的發(fā)展方向。除了通常的磨削液外，也可輔以氣態(tài)或固態(tài)磨削劑。 高速磨削時，氣流屏障阻礙磨削液有效地進入磨削區(qū)，還可能存在薄膜沸騰的影響。因此，采用恰當?shù)淖⑷敕椒?，增加磨削液進入磨削區(qū)的有效部分，提高冷卻和潤滑效果，對于改善工件質(zhì)量，減少砂輪磨損，極其重要。常用的磨削液注入方法有:手工供液法和澆注法;

51、高壓噴射法;空氣擋板輔助截斷氣流法;砂輪內(nèi)冷卻法;利用開槽砂輪法等。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,5.1.11 選擇高速切削機床的注意事項 由于一些用戶信息不靈、理論滯后、決策不科學，導致在選擇高速機床的過程中存在一些盲目性，使設備因使用不當而出現(xiàn)不能充分發(fā)揮高速機床作用的情況相當嚴重和普遍。為了科學選擇，提高設備利用率，特提出以下注意事項。 1.機床性能的選擇 高速加工中心、高速銑床可分為HSM型和HVM型，其價格相差很大，前者低，后者高。一般模具、飛機零件的加工，可采用HSM型，不必對進給速度、加速度要求過高，以便降低投資成本。對主軸轉速的選擇，最好要供貨商提供幾種切削

52、用量、效率及刀具選擇方案，再做性價比分析，然后再進行決策。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,此外，對高速機床還應特別注意其安全防護裝置。 2.電主軸的選擇 電主軸主要從性能、精度、壽命三點進行考慮。 性能。選用電主軸最重要是選定其最高轉速、額定功率、轉矩及其與轉速的關系。根據(jù)切削規(guī)范計算所需的轉速、轉矩和功率 精度。要求主軸回轉精度不低于主軸軸承精度。 壽命。要求電主軸的壽命不低于5 00010 000 h。 3.精度儲備 不能完全以實測精度為準，通常需要有約50%的精度儲備。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,4.價格考慮 隨著數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)化的實現(xiàn)，以及世界范圍

53、數(shù)控設備的逐步降價，機床價格已越來越低，但機床并不是越便宜越好，還要注意性價比，防止“低價陷阱”。 5.選擇廠商及品牌 要選擇三家以上廠商，即“貨比三家”，對產(chǎn)品性能、特點、精度、主要規(guī)格和價格進行全面調(diào)研和分析比較。同時可以發(fā)揮中介組織的作用，利用互聯(lián)網(wǎng)公開招標。 6.選擇定位精度標準 國際上流行四種定位精度標準:ISO國際)、JIS(日本)、ASME(美國), VDI(德國)。此外，還有GB(中國)、BS(英國)標準。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,5.1.12 高速切削刀具與刀柄 高速切削刀具技術是高速切削的一個關鍵技術，它包括高速切削刀具材料、刀柄系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)動平衡

54、技術、刀具監(jiān)測技術等。由于高速切削的高轉速和快進給等特點，除了良好的耐磨性，高強度和韌性的先進刀具材料，優(yōu)良的刀具涂層技術，合理的幾何結構參數(shù)和高同心度的切削刀精度質(zhì)量等要求外，還需特別注意其他因素對刀具壽命的影響。同時，正確選用與高速運轉的主軸相配合的刀柄也是關鍵因素之一。如果機床主軸的高速運轉沒有合適的刀具、刀柄相配合，則會損壞機床主軸的精密軸承，降低機床壽命。因此，學習和掌握高速切削刀具與刀柄知識也是非常重要的。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,所謂刀具系統(tǒng)是指由刀柄、夾頭和切削刀具所組成的完整的刀具體系，刀柄與機床主軸相連，切削刀具通過夾頭裝入刀柄之中。要使刀具系統(tǒng)能在

55、高速下進行切削加工，它就必須要具有較高的系統(tǒng)精度，包括系統(tǒng)定位夾持精度和刀具重復定位精度。前者指刀具與刀柄、刀柄與機床主軸的連接精度，后者指每次換刀后刀具系統(tǒng)精度的一致性。刀具系統(tǒng)具有較高的系統(tǒng)精度，才能保證高速加工條件下刀具系統(tǒng)應有的靜態(tài)和動態(tài)穩(wěn)定性。系統(tǒng)剛度，刀具系統(tǒng)的靜、動剛度是影響加工精度及切削性能的重要因素。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,5.1. 13 高速切削對刀具的要求 高速切削機床、高速刀具系統(tǒng)和高速切削工藝是高速切削的三項主要技術，特別是隨著新材料、新工藝的出現(xiàn)，大大地促進了刀具技術的發(fā)展，這又有力地促進了高速切削技術的發(fā)展和應用。 1.高速切削對刀具材料

56、的要求 高速切削對刀具材料較普通切削有更高的要求，主要是: 高硬度、高強度和耐磨性; 具有優(yōu)良力學性能，韌度高、抗沖擊能力強; 高的熱硬性和化學穩(wěn)定性; 刀具材料與被加工材料的化學親和力要小; 抗熱沖擊能力強等。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,2.高速切削對刀體的要求 對于高速切削使用的刀柄和刀具夾頭的要求是: 夾緊精度高; 傳遞轉矩大; 結構對稱性好，有利于刀具的動平衡; 外形尺寸小，但應適當加大刀具的懸伸量，以擴大加工范圍。 3.高速切削對刀具結構和幾何參數(shù)的要求 正確選擇刀具結構、切削刃的幾何參數(shù)以及刀具的斷屑方式等對高速切削的效率、表面質(zhì)量、刀具壽命以及切削熱量的產(chǎn)生

57、等都有很大影響，因此要選擇合適的刀具幾何角度。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,合適的刀具后角和合理的進給速度，能產(chǎn)生足夠大的切屑厚度，以便帶走熱量，避免切削硬化。 切削刃前角是影響刀具切削載荷的重要參數(shù)，應合理選擇 切削載荷與刀具每切刃的進給量有關。對于多片鑲嵌刀具，切削載荷作用在每一個刀片上;對于實體刀具，切削載荷作用在每個齒上。因此，進給量應該在一個合理的數(shù)值范圍內(nèi)進行選擇 4.高速切削對刀具系統(tǒng)的其他要求 在高速切削刀具的實際應用中，除了正確選擇刀具材料和切削參數(shù)外，還要考慮和刀具有關的其他問題，主要有: 提高切削剛度; 考慮刀具承受的離心力;,下一頁,返回,上一頁,5

58、.1 高速切削加工技術,刀具系統(tǒng)與機床有牢靠的連接和可靠的預警功能; 需要增加特殊的安全設施。 5.高速切削刀具選擇的基本原則 為了充分發(fā)揮高速切削加工的特點，刀具選擇是極為重要的。一般高速切削刀具選擇的原則為: 選用專用的適合高速加工的鑲嵌式刀具，無論在粗加工、半精加工和精加工中均應如此; 選擇結實、剛性好的刀具結構，例如硬質(zhì)合金刀具; 選擇大一點的刀柄和錐柄，特別是小直徑刀具更應如此; 盡可能選擇短粗的刀具，避免過長懸伸;,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,采用平衡刀具和刀柄，至少應該給出刀具的平衡量參數(shù); 刀體應該設計得有盡可能大的容屑量; 刀具中心最好制成帶孔結構，以便于

59、吹氣和冷卻; 必須要有高精度刀片座和可靠的固定; 鑲嵌刀片的基片應該有最大的剛性和良好的耐磨損性能; 強化切削刃連接，以保證安全; 盡可能選擇短切削刃，以減少振動; 選用耐用隔熱鍍層，以提高耐磨性; 不要超過允許的最大切削速度; 采用實體穩(wěn)定的刀具主軸連接界面，避免發(fā)生振動。,下一頁,返回,上一頁,5.1 高速切削加工技術,5.1.14 高速切削刀具 刀具是高速切削加工中最活躍最重要的因素之一，直接影響著加工效率、制造成本和產(chǎn)品的加工精度。刀具在高速切削加工過程中要承受高溫、高壓、摩擦、沖擊和振動等載荷，因此其硬度和耐磨性、強度和韌性、耐磨性、工藝性能和經(jīng)濟性等基本性能是實現(xiàn)高速切削加工的關鍵因素。高速切削加工時，對不同的工件材料選用與其合理匹配的刀具材料和允許的切削條件，才能獲得最佳的